[음향카메라]Nearfield와 Farfield 란? 차이점, 측정 방법(Sound Source, Acoustic Camera, 음장, 음압, 음원)

 

목차

 

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Nearfield와 Farfield란? 

 

Nearfield(근거리 영역)와 Farfield(원거리 영역)는 파동의 전파 특성에 따라 구분되는 개념으로, 주로 음향 및 전자기학에서 사용됩니다. 이 두 영역은 소스(음원 또는 신호 발생기)와 측정 지점 사이의 거리와 관련이 있습니다. Nearfield는 소스와 가까운 영역에서 나타나는 특수한 파동의 전파 현상을 다루고, Farfield는 소스에서 멀리 떨어진 지점에서의 전파를 설명합니다.

 

 

 

 

Near-field (근거리 영역)

Nearfield는 소스와 가까운 영역으로, 파동이 구형(spherical)으로 전파되는 특징이 있습니다. 이 영역에서는 소스에서 발생한 파동이 매우 복잡하게 간섭하고, 파동의 세기가 공간에 따라 크게 변동합니다. 이 구형파는 Nearfield에서만 존재하는 특별한 파동 성분을 포함하며, 이 성분들은 실제로 전파되지 않고 소스 근처에서만 강하게 나타납니다. 이런 비전파적 파동 성분은 빔포밍(Beamforming) 같은 기술에는 적합하지 않지만, 음향 홀로그래피(Holography) 같은 기술에서는 이 근거리 데이터를 활용합니다.

 

Nearfield 영역에서는 압력과 속도 사이에 위상 차이가 있으며, 개별 소스에서의 간섭 효과도 크게 발생합니다. 이로 인해, 근거리에서는 압력의 변동이 크고, 소스와의 거리에 따라 압력 세기가 급격히 감소합니다. 일반적으로 압력은 거리의 제곱에 반비례하여 감소하며, 소스 가까이에서는 음향적 변화가 매우 뚜렷하게 나타납니다.

 

 

 

Far-field (원거리 영역)

Farfield는 소스에서 멀리 떨어진 영역을 의미하며, 이 영역에서는 파동이 평면파(plane wave)로 전파됩니다. 소스에서 멀어짐에 따라 구형으로 전파되던 파동은 점점 평면에 가까워지고, 이 평면파는 일정한 속도와 압력 패턴을 유지하며 전파됩니다. Farfield에서는 Nearfield와 달리 개별 소스의 간섭 효과가 미미하고, 압력과 속도 사이의 위상 차이도 거의 존재하지 않습니다.

 

Farfield 영역에서는 파동의 세기가 거리의 제곱에 반비례하는 방식으로 감소합니다. 즉, 소스에서 멀어질수록 파동의 에너지는 넓은 영역에 분산되며, 압력은 1/𝑟^2 법칙에 따라 줄어듭니다. 이러한 특성 덕분에, Farfield는 빔포밍(Beamforming) 같은 기술에 적합하며, 소스가 멀리 떨어져 있는 경우 파동을 예측하고 분석하는 데 매우 유리합니다.

 

 

 

Nearfield와 Farfield의 전환

Nearfield와 Farfield는 단순한 거리 차이가 아니라, 파동의 전파 특성과 관련된 무차원 파라미터 𝑘𝑟로 정의됩니다. 여기서 
𝑘는 원형 파수(wavenumber), 𝑟은 소스와 측정 지점 간의 거리입니다. 일반적으로 𝑘𝑟 값이 1을 기준으로 Nearfield와 Farfield가 구분되며, 이 값이 작을수록 Nearfield, 클수록 Farfield에 해당합니다.

 

• k = 2π/λ

 

주파수와 소스와의 거리도 중요한 요소입니다. 예를 들어, 100Hz 주파수에서는 Nearfield가 약 55cm 범위로 제한되며, 주파수가 높아질수록 이 범위는 줄어듭니다. 즉, 고주파수일수록 Farfield로 전환되는 거리가 짧아집니다.

 

 

 

Nearfield와 Farfield는 소스와의 거리 및 파동의 전파 특성에 따라 구분되는 중요한 음향 개념입니다. Nearfield는 소스 근처에서 발생하는 복잡한 간섭과 급격한 압력 변화를 다루며, Farfield는 평면파로서 먼 거리에서의 안정적인 파동 전파를 설명합니다. 이 두 영역은 음향 측정, 소음 제어, 신호 처리와 같은 다양한 기술에서 중요한 역할을 하며, 각 영역의 특성에 따라 적절한 분석 및 설계가 필요합니다.

 

 

 

 

 

Nearfield와 Farfield 겸용 Acoustic Camera

 

팜테크에서 제공하는 Fibonacci72 AC Pro Acoustic Camera는 Nearfield 및 Farfield에서 모두 사용할 수 있는 최초의 음향 카메라로, 정밀한 소음 분석을 위한 최첨단 장비입니다. 이 카메라는 소음 제어, 음향 누설 감지, 풍동 테스트 등 다양한 환경에서 활용될 수 있으며, 특히 저주파수 근거리 소스와 고주파수 원거리 소스 분석에 뛰어난 성능을 발휘합니다.

 

알루미늄 구조로 제작된 Fibonacci 배열은 마이크로폰 배열의 정밀한 정렬과 최대한의 음향 투명성을 보장하여, SONAH와 HELS 같은 홀로그래피 기법뿐만 아니라 빔포밍(Beamforming) 분석에도 최적화되어 있습니다. 또한, 통합된 Intel® RealSense™ Depth Camera와 Baumer 비디오 카메라를 통해 고해상도 영상과 깊이 정보를 동시에 기록할 수 있어 Nearfield와 Farfield 모두에서 탁월한 측정 결과를 제공합니다.

 

주요 사양 및 장점

• 72 채널 시스템: Nearfield와 Farfield에서 빔포밍 및 홀로그래피 분석을 동시에 지원.
• 다양한 응용 분야: 환경 소음 제어, 음향 누설 감지, 저주파 및 고주파 소음 분석.
• 간편한 사용성: 마이크로폰 위치 조정이 용이하며, 빔포밍과 홀로그래피를 동일한 하드웨어로 실행 가능.
• 최적화된 마이크 배열: 공간 해상도와 음향 맵의 역동성을 극대화하는 나선형 배열.
• 탁월한 음향 투명성: 반사 및 표면 효과를 최소화하여 더욱 정확한 소음 분석이 가능.

 

이 시스템은 최고 130 dB의 음압 레벨을 측정할 수 있으며, 다양한 주파수 범위(SONAH: 40 Hz – 2 kHz, HELS: 30 Hz – 400 Hz, 빔포밍: 285 Hz – 20 kHz)에 걸쳐 사용 가능합니다. 이와 함께, 특별히 설계된 전자기 콘덴서 캡슐 마이크로폰과 고감도 증폭기가 장착되어 있어 27 dB(A)의 저소음 환경에서도 정밀한 측정이 가능합니다.

 

Fibonacci72 AC Pro Acoustic Camera는 음향 분석 분야에서 뛰어난 성능과 유연성을 제공하며, 사용자의 다양한 요구를 만족시킬 수 있는 혁신적인 솔루션입니다.

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 교육 프로그램, 측정/분석 용역, 장비를 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

교육일정및신청(주)팜테크